JPH0641715A - チタン合金バルブの製造方法 - Google Patents
チタン合金バルブの製造方法Info
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- JPH0641715A JPH0641715A JP2150593A JP2150593A JPH0641715A JP H0641715 A JPH0641715 A JP H0641715A JP 2150593 A JP2150593 A JP 2150593A JP 2150593 A JP2150593 A JP 2150593A JP H0641715 A JPH0641715 A JP H0641715A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、密着性が良く耐久性に優れ
形状寸法精度の良いチタン合金バルブの軸部、フェース
部、端部表面の耐摩耗処理方法を提供することである。 【構成】 チタン合金バルブの軸部表面の耐摩耗処理方
法において、チタン合金バルブの回転対称軸を鉛直下方
に設定し、その回転対称軸を中心にバルブを回転させ、
大気中、または酸素または窒素または窒素と酸素雰囲気
中で軸部を加熱し、チタン合金を酸化または窒化または
酸化と窒化させ冷却することを特徴とするチタン合金バ
ルブの製造方法。 【効果】 本発明によれば、チタン合金バルブの軸部、
フェース部、端部表面に対して、これまで処理の簡便
さ、性能に優れていながら形状寸法精度が確保できなか
った酸化または窒化法を十分な形状寸法精度で行うこと
ができる。
形状寸法精度の良いチタン合金バルブの軸部、フェース
部、端部表面の耐摩耗処理方法を提供することである。 【構成】 チタン合金バルブの軸部表面の耐摩耗処理方
法において、チタン合金バルブの回転対称軸を鉛直下方
に設定し、その回転対称軸を中心にバルブを回転させ、
大気中、または酸素または窒素または窒素と酸素雰囲気
中で軸部を加熱し、チタン合金を酸化または窒化または
酸化と窒化させ冷却することを特徴とするチタン合金バ
ルブの製造方法。 【効果】 本発明によれば、チタン合金バルブの軸部、
フェース部、端部表面に対して、これまで処理の簡便
さ、性能に優れていながら形状寸法精度が確保できなか
った酸化または窒化法を十分な形状寸法精度で行うこと
ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動４輪車およびその
他車両のエンジンに使用するチタン合金バルブの軸部、
フェース部、端部における表面の耐摩耗処理方法に関す
るものであり、さらに摺動を受ける棒状部を有するチタ
ン合金部品の棒状部表面の耐摩耗処理方法として広く適
用しうるものである。
他車両のエンジンに使用するチタン合金バルブの軸部、
フェース部、端部における表面の耐摩耗処理方法に関す
るものであり、さらに摺動を受ける棒状部を有するチタ
ン合金部品の棒状部表面の耐摩耗処理方法として広く適
用しうるものである。
【０００２】
【従来の技術】これまでに、チタン合金バルブの軸部、
フェース部、端部表面の耐摩耗処理方法として、酸化
（特開昭６２−２５６９５６号公報参照）、窒化（特開
昭６１−８１５０５号公報参照）、イオン窒化（特開昭
６１−２３４２１０号公報参照）、硬質Ｃｒメッキ、Ｎ
ｉ−Ｐメッキ（特開平１−９６４０７号公報参照）、モ
リブデン溶射（特開昭６２−４１９０８号公報参照）が
試みられている。
フェース部、端部表面の耐摩耗処理方法として、酸化
（特開昭６２−２５６９５６号公報参照）、窒化（特開
昭６１−８１５０５号公報参照）、イオン窒化（特開昭
６１−２３４２１０号公報参照）、硬質Ｃｒメッキ、Ｎ
ｉ−Ｐメッキ（特開平１−９６４０７号公報参照）、モ
リブデン溶射（特開昭６２−４１９０８号公報参照）が
試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】モリブデン溶射は、競
争用自動車エンジンのチタン合金バルブの軸部表面の耐
摩耗処理方法として実績が有るが、コストが高いのが実
情である。硬質Ｃｒメッキ、Ｎｉ−Ｐメッキについて
は、チタン合金表面に不可避的に存在する酸化皮膜のた
め、メッキ密着性を確保することは、本質的に困難であ
るが、ショットブラストによる表面の粗面化、フッ素酸
酸洗による酸化皮膜の除去等、およびメッキ後の熱拡散
等によりメッキ密着性の改善の努力が払われている。
争用自動車エンジンのチタン合金バルブの軸部表面の耐
摩耗処理方法として実績が有るが、コストが高いのが実
情である。硬質Ｃｒメッキ、Ｎｉ−Ｐメッキについて
は、チタン合金表面に不可避的に存在する酸化皮膜のた
め、メッキ密着性を確保することは、本質的に困難であ
るが、ショットブラストによる表面の粗面化、フッ素酸
酸洗による酸化皮膜の除去等、およびメッキ後の熱拡散
等によりメッキ密着性の改善の努力が払われている。
【０００４】一方、酸化、窒化については、チタン合金
をその雰囲気中で加熱すればよいだけの簡便な方法で、
拡散処理ゆえに密着性が優れていることから以前より着
目されているが、高い温度で加熱する必要性から、熱変
形が生じチタン合金バルブに要求される形状寸法精度を
確保できないという問題点があった。またイオン窒化は
窒化温度を低下させることができると言われているが、
形状確保の点でなお不十分であり、同様の問題点があ
る。また、端部に鋼材を摩擦圧接したチタン合金バルブ
では、バルブ全体を加熱する場合、接合界面が脆化する
問題がある。
をその雰囲気中で加熱すればよいだけの簡便な方法で、
拡散処理ゆえに密着性が優れていることから以前より着
目されているが、高い温度で加熱する必要性から、熱変
形が生じチタン合金バルブに要求される形状寸法精度を
確保できないという問題点があった。またイオン窒化は
窒化温度を低下させることができると言われているが、
形状確保の点でなお不十分であり、同様の問題点があ
る。また、端部に鋼材を摩擦圧接したチタン合金バルブ
では、バルブ全体を加熱する場合、接合界面が脆化する
問題がある。
【０００５】本発明はこのような問題点を解消するチタ
ン合金バルブの軸部、フェース部、端部表面の耐摩耗処
理方法を提供することを目的とする。
ン合金バルブの軸部、フェース部、端部表面の耐摩耗処
理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、チタン合金バ
ルブの軸部、フェース部および軸部における表面の耐摩
耗処理方法として、変形させることなく、酸化あるいは
窒化または酸化と窒化させる方法である。すなわち、本
発明は軸部がチタン合金からなるバルブにおいて、バル
ブの回転対称軸を鉛直下方に設定し、その回転対称軸を
中心にバルブを回転させ、大気中、または酸素、または
窒素または窒素と酸素の雰囲気中で軸部を加熱し、酸化
あるいは窒化または酸化と窒化させることを特徴とする
チタン合金バルブの製造方法であり、また、チタン合金
よりなるフェース部、端部については、各々局部的に加
熱し、酸化または窒化または酸化と窒化させることを特
徴とするチタン合金バルブの製造方法である。
ルブの軸部、フェース部および軸部における表面の耐摩
耗処理方法として、変形させることなく、酸化あるいは
窒化または酸化と窒化させる方法である。すなわち、本
発明は軸部がチタン合金からなるバルブにおいて、バル
ブの回転対称軸を鉛直下方に設定し、その回転対称軸を
中心にバルブを回転させ、大気中、または酸素、または
窒素または窒素と酸素の雰囲気中で軸部を加熱し、酸化
あるいは窒化または酸化と窒化させることを特徴とする
チタン合金バルブの製造方法であり、また、チタン合金
よりなるフェース部、端部については、各々局部的に加
熱し、酸化または窒化または酸化と窒化させることを特
徴とするチタン合金バルブの製造方法である。
【０００７】
【作用】図１は本発明が対象とするバルブの側面図であ
る。同図において、ａは先端面、ｂは軸部、ｃは首部、
ｄは傘部、ｅは軸端部、ｆはフェース部である。
る。同図において、ａは先端面、ｂは軸部、ｃは首部、
ｄは傘部、ｅは軸端部、ｆはフェース部である。
【０００８】バルブの回転対称軸を鉛直下方に設定する
のは、チタン合金は高温に加熱するとクリープ変形を生
じやすく、特に強度・靱性バランスに優れた微細等軸α
晶組織のα＋β型チタン合金では、自重のようなわずか
の応力に対して変形しやすいので、これを防止するため
である。
のは、チタン合金は高温に加熱するとクリープ変形を生
じやすく、特に強度・靱性バランスに優れた微細等軸α
晶組織のα＋β型チタン合金では、自重のようなわずか
の応力に対して変形しやすいので、これを防止するため
である。
【０００９】この軸を中心に回転させるのは、加熱を均
一に行うためと以下の理由による。回転対称軸を鉛直下
方に設定する場合でも鉛直下方との角度の誤差が生じる
ことがあるが、この軸を中心に回転させることで変形防
止ができるからである。例えば６°程度の設定誤差があ
っても、３０rpm で回転させると変形を防止し得る。一
方、角度のずれがなくとも、バルブの回転対称軸と回転
軸とが一致せずにずれる場合もあるが、この場合は、回
軸速度を大きくすると遠心力により変形してしまう。例
えば、軸のずれがわずか０．１mmの場合でも３０００rp
m で回転させると、ほぼ重力に近い遠心力が働き、変形
し、それが原因でより一層大きく変形してしまうので、
必要以上に回転数を大きくしてはならない。フェース
部、端部については、静止まま、または回転させ局部的
に加熱するのは、一部が室温に近い部分を有すること
で、その部分を保持し、回転させたり、自重で変形しに
くい設置を可能とするためである。また、一般的に熱伝
導率の低いチタン合金は、極めて有利に局部加熱しう
る。
一に行うためと以下の理由による。回転対称軸を鉛直下
方に設定する場合でも鉛直下方との角度の誤差が生じる
ことがあるが、この軸を中心に回転させることで変形防
止ができるからである。例えば６°程度の設定誤差があ
っても、３０rpm で回転させると変形を防止し得る。一
方、角度のずれがなくとも、バルブの回転対称軸と回転
軸とが一致せずにずれる場合もあるが、この場合は、回
軸速度を大きくすると遠心力により変形してしまう。例
えば、軸のずれがわずか０．１mmの場合でも３０００rp
m で回転させると、ほぼ重力に近い遠心力が働き、変形
し、それが原因でより一層大きく変形してしまうので、
必要以上に回転数を大きくしてはならない。フェース
部、端部については、静止まま、または回転させ局部的
に加熱するのは、一部が室温に近い部分を有すること
で、その部分を保持し、回転させたり、自重で変形しに
くい設置を可能とするためである。また、一般的に熱伝
導率の低いチタン合金は、極めて有利に局部加熱しう
る。
【００１０】次に、大気中、酸素、窒素、窒素と酸素の
何れかの雰囲気中で軸部を加熱し、チタン合金を酸化あ
るいは窒化または酸化と窒化させるのは、チタン合金バ
ルブの軸部に必要な耐摩耗性を確保するためで、例え
ば、酸化の場合９５０℃での加熱では１秒〜３０秒、窒
化の場合９５０℃での加熱では１０秒〜１０００秒で良
い。フェース部、端部については、より高温または長時
間の加熱が必要となる。軸部の加熱方法は、高周波加
熱、バーナーなどで局部的に例えば１５〜２０mm幅で加
熱する方法で良く、端部ｅに近い所から出発して、首部
ｃ側に加熱帯を移動させてゆく。フェース部、端部の加
熱方法は、レーザー、プラズマ、高周波過熱、細口バー
ナーで加熱する。冷却方法は、水冷、油冷、空冷いずれ
も良いが処理の短時間化、材質強度向上、取り扱いの容
易さから、油冷が適す。
何れかの雰囲気中で軸部を加熱し、チタン合金を酸化あ
るいは窒化または酸化と窒化させるのは、チタン合金バ
ルブの軸部に必要な耐摩耗性を確保するためで、例え
ば、酸化の場合９５０℃での加熱では１秒〜３０秒、窒
化の場合９５０℃での加熱では１０秒〜１０００秒で良
い。フェース部、端部については、より高温または長時
間の加熱が必要となる。軸部の加熱方法は、高周波加
熱、バーナーなどで局部的に例えば１５〜２０mm幅で加
熱する方法で良く、端部ｅに近い所から出発して、首部
ｃ側に加熱帯を移動させてゆく。フェース部、端部の加
熱方法は、レーザー、プラズマ、高周波過熱、細口バー
ナーで加熱する。冷却方法は、水冷、油冷、空冷いずれ
も良いが処理の短時間化、材質強度向上、取り扱いの容
易さから、油冷が適す。
【００１１】ここでチタン合金は、α型：Ｔｉ−５Ａｌ
−２．５Ｓｎ、ニアα型：Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１
Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、α＋β
型：Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔ
ｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、β型：Ｔｉ−１３Ｖ−１１
Ｃｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ
等のいずれも、酸化または窒化により、酸化膜または窒
化膜を生成し、その下に酸素または窒素が拡散、固溶し
た硬化層を形成し、耐摩耗処理を行う上で問題ないこと
を確認した。
−２．５Ｓｎ、ニアα型：Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１
Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、α＋β
型：Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔ
ｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、β型：Ｔｉ−１３Ｖ−１１
Ｃｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ
等のいずれも、酸化または窒化により、酸化膜または窒
化膜を生成し、その下に酸素または窒素が拡散、固溶し
た硬化層を形成し、耐摩耗処理を行う上で問題ないこと
を確認した。
【００１２】
［実施例１］β域にて加熱、鍛造し傘部を形成した後、
仕上げ加工済のチタン合金バルブ（材質：Ｔｉ−６Ａｌ
−４Ｖ、ミクロ組織：４μｍの微細等軸α晶、形状：軸
部９０mm、軸径７mm）を回転し得るテーブルの上に、バ
ルブの回転対称軸と、テーブルの回転対称とが一致する
ように設置した。なお、このテーブルの回転対称軸は、
あらかじめ鉛直下方に設定している。バルブを６０rpm
で回転させつつ、この状態で軸端部ｅ近くを大気中にて
バーナーで幅約２０mmの部分を９５０℃、３秒間加熱し
たのち５mm／sec の速度で９５０℃の加熱部を首部ｃ側
に移動させ、軸部ｂ全体を加熱し酸化した。一方フェー
ス部および端部は、９５０℃にて１分間、大気中にてバ
ーナーを用いて局部加熱した。チタン合金バルブの軸部
ｂの曲がりと軸部を回転させたときのフェースｆの振れ
を測定したところ、何れも２μｍ以下のわずかな変形に
すぎなかった。
仕上げ加工済のチタン合金バルブ（材質：Ｔｉ−６Ａｌ
−４Ｖ、ミクロ組織：４μｍの微細等軸α晶、形状：軸
部９０mm、軸径７mm）を回転し得るテーブルの上に、バ
ルブの回転対称軸と、テーブルの回転対称とが一致する
ように設置した。なお、このテーブルの回転対称軸は、
あらかじめ鉛直下方に設定している。バルブを６０rpm
で回転させつつ、この状態で軸端部ｅ近くを大気中にて
バーナーで幅約２０mmの部分を９５０℃、３秒間加熱し
たのち５mm／sec の速度で９５０℃の加熱部を首部ｃ側
に移動させ、軸部ｂ全体を加熱し酸化した。一方フェー
ス部および端部は、９５０℃にて１分間、大気中にてバ
ーナーを用いて局部加熱した。チタン合金バルブの軸部
ｂの曲がりと軸部を回転させたときのフェースｆの振れ
を測定したところ、何れも２μｍ以下のわずかな変形に
すぎなかった。
【００１３】上記と同様の処理を、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ
合金製のバルブの軸部、フェース部および端部に施し、
パーライト鋳鉄（ＦＣ２５相当）のバルブガイド、鉛含
浸鉄焼結バルブシート、バルブリフターを使用した４気
筒エンジンを用い、６０２８rpm にて１５０時間、試験
したところ、軸部の焼き付きおよびフェース部、端部の
過大摩耗等は発生しなかった。
合金製のバルブの軸部、フェース部および端部に施し、
パーライト鋳鉄（ＦＣ２５相当）のバルブガイド、鉛含
浸鉄焼結バルブシート、バルブリフターを使用した４気
筒エンジンを用い、６０２８rpm にて１５０時間、試験
したところ、軸部の焼き付きおよびフェース部、端部の
過大摩耗等は発生しなかった。
【００１４】［実施例２］表１に、実施例１（Ｎｏ．
１）を含めた結果を比較例と共に示す。試験材はβ域に
て加熱、鍛造し傘部を形成した後、仕上げ加工したチタ
ン合金バルブを用いた。軸部の曲り、フェースの振れ
は、各々０μｍ，０〜２μｍであった。軸部太さは、
６．６０mm、長さ９０mm、処理部６０mm、加熱は、大気
中または酸素中または窒素中にてガスバーナまたは高周
波加熱により行い、冷却は空冷、または水冷、または油
冷で行なった。また、フェース部、端部については、軸
部と同じ加熱方法、雰囲気、温度で加熱し、加熱時間は
軸部の２０倍の時間実施した。表１より、本発明による
と、曲り、振れ、耐摩耗性に優れたチタン合金バルブの
軸部、フェース部、端部が得られることが明らかであ
る。
１）を含めた結果を比較例と共に示す。試験材はβ域に
て加熱、鍛造し傘部を形成した後、仕上げ加工したチタ
ン合金バルブを用いた。軸部の曲り、フェースの振れ
は、各々０μｍ，０〜２μｍであった。軸部太さは、
６．６０mm、長さ９０mm、処理部６０mm、加熱は、大気
中または酸素中または窒素中にてガスバーナまたは高周
波加熱により行い、冷却は空冷、または水冷、または油
冷で行なった。また、フェース部、端部については、軸
部と同じ加熱方法、雰囲気、温度で加熱し、加熱時間は
軸部の２０倍の時間実施した。表１より、本発明による
と、曲り、振れ、耐摩耗性に優れたチタン合金バルブの
軸部、フェース部、端部が得られることが明らかであ
る。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、チタン合金バルブの軸
部、フェース部、端部表面に対して、これまで、処理の
簡便さ、性能に優れていながら形状、寸法精度が確保で
きなかった酸化、窒化法を十分な形状寸法精度で行うこ
とができる。
部、フェース部、端部表面に対して、これまで、処理の
簡便さ、性能に優れていながら形状、寸法精度が確保で
きなかった酸化、窒化法を十分な形状寸法精度で行うこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バルブの側面図である。
ａ：先端面 ｂ：軸部 ｃ：首部 ｄ：傘部 ｅ：軸端部 ｆ：フェース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｌ 3/02 Ｈ 7114−3Ｇ
Claims (3)
- 【請求項１】 軸部がチタン合金からなるバルブにおい
て、バルブの回転対称軸を鉛直下方に設定し、その回転
対称軸を中心にバルブを回転させ、大気中、酸素、窒素
または窒素と酸素の何れかの雰囲気中で軸部を加熱し、
酸化あるいは窒化または酸化と窒化させることを特徴と
するチタン合金バルブの製造方法。 - 【請求項２】 フェース部がチタン合金からなるバルブ
において、大気中、酸素、窒素、または酵素と窒素の何
れかの雰囲気中でフェース部を加熱し、酸化あるいは窒
化または酸化と窒化させることを特徴とするチタン合金
バルブの製造方法。 - 【請求項３】 端部がチタン合金からなるバルブにおい
て、大気中、酸素、窒素、または酵素と窒素の何れかの
雰囲気中で端部を加熱し、酸化あるいは窒化または酸化
と窒化させることを特徴とするチタン合金バルブの製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2150593A JPH0641715A (ja) | 1992-05-25 | 1993-02-09 | チタン合金バルブの製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13271592 | 1992-05-25 | ||
| JP4-132715 | 1992-05-25 | ||
| JP2150593A JPH0641715A (ja) | 1992-05-25 | 1993-02-09 | チタン合金バルブの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0641715A true JPH0641715A (ja) | 1994-02-15 |
Family
ID=26358582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2150593A Withdrawn JPH0641715A (ja) | 1992-05-25 | 1993-02-09 | チタン合金バルブの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0641715A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO1998003693A1 (fr) * | 1996-07-18 | 1998-01-29 | Citizen Watch Co., Ltd. | Element decoratif a base de titane et procede de durcissement dudit element |
| JP2006300053A (ja) * | 2005-03-24 | 2006-11-02 | Honda Motor Co Ltd | バルブリフタ及びその製造方法 |
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| WO2012108319A1 (ja) | 2011-02-10 | 2012-08-16 | 新日本製鐵株式会社 | 疲労強度に優れた耐摩耗性チタン合金部材 |
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-
1993
- 1993-02-09 JP JP2150593A patent/JPH0641715A/ja not_active Withdrawn
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